vinnova Information VI 2011:12 Projektkatalog Smartare, snabbare, konvergerande lösningar inom området IT och data/telekommunikation i programmet Framtidens kommunikation
Titel: Projektkatalog Smartare, snabbare, konvergerande lösningar - inom området IT och data/ telekommunikation i programmet Framtidens kommunikation Serie : Vinnova Information VI 2011:12 (ersätter VINNOVA Information VI 2010:12) ISSN: 1650-3120 Utgiven: November 2011 Utgivare: VINNOVA Verket för Innovationssystem /Swedish Governmental Agency for Innovation System VINNOVA Diarienr : 2009-02209 Omslagsbild: 3D-bilden visas med tillåtelse av Philips AB VINNOVA utvecklar Sveriges innovationskraft för hållbar tillväxt VINNOVA är Sveriges innovationsmyndighet och ska öka konkurrenskraften hos forskare och företag i Sverige. Vår uppgift är att främja hållbar tillväxt i Sverige genom finansiering av behovsmotiverad forskning och utveckling av effektiva innovationssystem. För att göra detta har vi cirka 2 miljarder kronor att investera i nya och pågående projekt varje år. En viktig del av VINNOVAs verksamhet är att öka samarbetet mellan företag, högskolor och universitet, forskningsinstitut och andra organisationer i innovationssystemet. Vi gör det på flera sätt, bland annat genom långsiktiga investeringar i starka forsknings- och innovationsmiljöer, genom att investera i projekt som ska öka kommersialiseringen av forskningsresultat eller genom att skapa katalyserande mötesplatser. VINNOVA är ett statligt verk under Näringsdepartementet och nationell kontaktmyndighet för EU:s ramprogram för forskning och utveckling. Sammanlagt arbetar drygt 200 personer på VINNOVAs kontor i Stockholm och Bryssel. Generaldirektör är Charlotte Brogren. VINNOVA bildades 1 januari 2001. Syftet med programmet Framtidens kommunikation är att skapa innovativa forskningsresultat som ger nya lösningar baserade på informations- och kommunikationsteknik, IKT. Målet är nya framgångsrika produkter och tjänster, framför allt inom IT och data/telekommunikation men på sikt även inom andra branscher. Övergripande mål är att stärka svenskbaserad systemindustri så att Sverige behåller en ledande position, eller har förutsättningar att bli världsledande, forskningsmässigt och industriellt, såväl på kort (3-5 år) som på lång sikt inom IT och data/telekomområdet. I publikationsserien VINNOVA Information publiceras informationsoch presentationsmaterial som beskriver VINNOVAs verksamhet samt programbeskrivningar, projektkataloger, verksamhetsberättelser etc. I VINNOVAs publikationsserier redovisar bland andra forskare, utredare och analytiker sina projekt. Publiceringen innebär inte att VINNOVA tar ställning till framförda åsikter, slutsatser och resultat. Undantag är publikationsserien VINNOVA Policy som återger VINNOVAs synpunkter och ställningstaganden. VINNOVAs publikationer finns att beställa, läsa och ladda ner via www.vinnova.se. Tryckta utgåvor av VINNOVA Analys, Forum och Rapport säljs via Fritzes, www.fritzes.se, tel 08-598 191 90, fax 08-598 191 91 eller order.fritzes@nj.se
Projektkatalog Smartare, snabbare, konvergerande lösningar inom området IT och data/telekommunikation i programmet Framtidens kommunikation
Innehåll Programmet Framtidens kommunikation... 5 Framtidens kommunikation i korthet... 6 Utlysningen Smartare, snabbare, konvergerande lösningar... 7 Smartare, snabbare, konvergerande lösningar... 8 Projektpresentationer... 11 BoSmart... 12 Quality of Experience för 3D video... 14 CARENET... 16 User and Content Dependent Resource Management in a Multi Provider Environment (UCRM)... 18 Convergent and SEmantic aware Mobile networks and services (COSEM)... 20 TESLA Tidskritisk & säker trådlös automationskommunikation... 21 WiComPI: Trådlös styrning för processindustrin energieffektiv, flexibel och pålitlig23 SCTP SmartSwitch - Intelligent sessionshantering över flera vägar i SCTP... 25 Improved Packet Data Retransmission Protocols in OFDM Broadband Systems... 27 Microwave Backhauling for IMT Advanced and Beyond (MAGIC) [Mikrovågsbaserad Backhaul för Framtida Cellulära Mobilsystem]... 29 Visual Analytics for Mobile Communication Networks... 31 Koherenta optiska högkapacitetssystem och (100G) nät implementering av dessa COSYNET... 33 Harmonisering av Antenn och Kanal för Ökad Överföringshastighet i Avancerade Mobila Terminaler... 35 REST: Real-time, scalable, self-managing storage for Telecoms... 37 CONSIDER8... 39 10 Gigabit Ethernet över radio... 41 Ett enchips WLAN system med en integrerad energieffektiv effektförstärkare i 65nm/45nm CMOS teknologi... 43 Low-Power Nano-Transceivers... 45 Smart hardware solution for future mobile backhaul RECLAM... 47
Programmet Framtidens kommunikation Den svenska IT- och telekombranschen är en av landets viktigaste näringar. Forskning och innovationer inom Informations- och KommunikationsTeknik - IKT-området utgör där en viktig och värdeökande del. Nya IKT-resultat möjliggör, och är många gånger avgörande för, värdefull utveckling inom flertalet svenska industrinäringar. 5
Framtidens kommunikation i korthet SYFTE OCH MÅL VINNOVA betraktar finansiering av behovsmotiverad FoU som en investering som på sikt skall främja en hållbar tillväxt i Sverige. Programmets övergripande mål är att Sverige behåller sin ledande position, eller har förutsättningar att bli världsledande, forskningsmässigt och industriellt, på kort och på lång sikt inom IT- och telekomområdet. Målet är att skapa tekniska lösningar som främjar tillväxt av tjänster i nät och terminaler. BAKGRUND Tekniklösningar som kan implementeras, ofta med effektiva och robusta programvarulösningar. Detta för att uppnå konkurrenskraftiga produkter, tjänster och infrastruktur. VINNOVA har två program inom Informations- och kommunikationsteknikområdet som har helt olika syfte trots att båda baseras på eller har IKT som central komponent: Framtidens kommunikation och Möjliggörande IKT. FRAMTIDENS KOMMUNIKATION Detta program fokuserar på behovet av att skapa nya IKT-lösningar för IT och data/telekomindustrin där IKT är slutprodukten. Tillämpning i andra branscher är en möjlighet på sikt, men det är inte huvudsakliga syftet med programmet. MÖJLIGGÖRANDE IKT Detta program fokuserar på att möjliggöra värdefull utveckling inom andra svenska industrinäringar, baserat på ny IKT-teknik och där IKT inte är slutprodukten. 6
Utlysningen Smartare, snabbare, konvergerande lösningar Utlysningen Smartare, snabbare, konvergerande lösningar var första utlysningen inom programmet Framtidens kommunikation. Den stängde i augusti 2009 och resultatet är att totalt 19 projekt finansieras av VINNOVA med upp till 75 miljoner kronor totalt över en treårsperiod mellan 2009-2012. Varje projekt finansieras till 50 procent av icke offentliga medel från annan aktör, vilket innebär att totalt bedrivs forskning för 150 miljoner kronor som ett resultat av denna utlysning. 7
Smartare, snabbare, konvergerande lösningar SYFTE Syftet med utlysningen är att bidra till forskningsresultat för smartare, snabbare, konvergerande lösningar baserade på informations- och kommunikationsteknik, IKT. Resultaten från denna utlysning, liksom övriga utlysningar inom programmet Framtidens kommunikation, skall bidra till att stärka svenskt näringslivs internationella konkurrenskraft. TEKNISK INRIKTNING Utvecklingen av infrastrukturen för IT, data och telekommunikation drivs framförallt av några viktiga behov; alltid uppkopplad oberoende av nät/teknologi, Internet of Things, tidskritiska industriella processer. Denna utlysning fokuserar på tre utvecklingskrav för innovationer för att de ska bidra till att tillfredsställa dessa behov: smartare, snabbare och konvergerande. SMARTARE Utvecklingen av system, produkter och tjänster går mot ökad komplexitet och ökad integrering vilket ställer ökande krav på intelligens och flexibilitet i hur information tolkas, styrs och överförs. Detta gäller alltifrån funktionellt enkla sändare och mottagare till intelligenta växlar, virtuella nätverk och nya typer av tjänster. Detta ger en efterfrågan på nya tekniska lösningar för smartare hantering, nya krav på differentiering av tjänster, nätövervakning, skalbarhet, kontroll, styrning och samverkande system. SNABBARE Nya tjänster och ökande grad av virtualisering och globalisering i samhälle och näringsliv, kräver teknik med snabbare access till information respektive lösningar som ökar kapacitet och bandbredd i kommunikationsnäten. Kraven växer på fortsatt ökande mängd av överförd information per tidsenhet, från megabit per sekund i etern till terabit per sekund i kärnnäten. KONVERGERANDE Möten mellan video, data och tal, i kombination med mobilitet och hög kapacitet, driver på sammanförandet av olika tekniker, applikationer och tjänster, vilka tidigare var separerade. Kraven ökar även på öppna gränssnitt och eventuellt nya standarder. Behov finns av nya affärsmodeller och samverkan mellan gamla och nya aktörer, vilket omvandlas till nya tekniska krav och lösningar. FÖRVÄNTADE EFFEKTER Nya IKT-lösningar för smartare, snabbare, konvergerande kommunikation möjliggör angelägen innovation inom många för Sverige viktiga näringsgrenar. Nya innovationer inom IKT kan, förutom att de är avgörande för IKTindustrins konkurrenskraft, bidra till utvecklingen av nya lösningar inom 8
hälso- och sjukvården samt äldrevård och omsorg. IKT förväntas också i ökande omfattning positivt påverka samhället när det gäller hållbar utveckling och miljöeffektivitet. Med smartare menar vi i denna utlysning bl.a. innovationer som kan ge energisnålare lösningar och som även i andra avseenden har positiva effekter på miljön. Ett motiv för utlysningen är också att öka förmågan att inom Sverige tillvarata forskningsresultat från tidigare EU-program, genom att stödja forskningsprojekt som vidareförädlar dessa resultat. 9
10
Projektpresentationer Här följer de 19 VINNOVA-finansierade projekten i utlysningen. Beskrivna av projektledarna själva. 11
BoSmart Projektledare: Claus Popp Larsen, Acreo Samarbetspartners: KTH, Skolan för Teknik och Hälsa, Senseair, Fiberson, Calectra/LogiCO2, SABO, Hudiksvall Bostäder, Fastighetsägarna, Micasa, Makewave och TeliaSonera Projektets webbplats: www.acreo.se/bosmart BoSmart adresserar marknaden för smarta hem. En marknad som i dag är mycket omogen och underutvecklat, men som är enormt stor potentiellt sett. PROBLEMET Dagens telemetrilösningar för hemmet i form av fastighetstjänster är relativt primitiva. Endast få parametrar som eloch vattenförbrukning mäts, och för hyresgäster är det svårt att få en rättvis debitering eftersom inneklimatet beror på en kombination av flera parametrar samt placering av lägenheten (exempelvis är det kallare mot norr eller mot en yttervägg). En bättre övervakning i kombination med databehandling av fler parametrar, skulle kunna leda till mycket bättre kontroll över inomhusklimatet. Det leder i sin tur till energibesparingar, förbättrat inomhusklimat samt rättvisare debitering av hyresgäster. Viktigt är också en gemensam plattform för insamling av information från sensorer, samt hur denna information ska presenteras for de olika aktörer och då främst för de boende. Vård- & omsorgstjänster i hemmet kan på många sätt ses som ett specialfall av telemetri i hemmet. Dock finns det andra krav på säkerhet och integritet, och affärsmodellerna skiljer sig också. Vård- & omsorgstjänster i hemmet inkl. t.ex. säkerhetslarm är ännu mer bristfälligt utvecklat än fastighetstjänster. Även här finns en enorm potential att med olika typer av sensorer och övervakning av vissa parametrar öka tryggheten hos äldre vilket t.ex. kan leda till ökad kvarboende med ökad livskvalité. Ökad kvarboende är dessutom helt oumbärligt om samhället ska ha råd att ta hand om en växande, åldrande befolkning. Betydelsen av hemmet som framtidens vårdinrättning kan inte nog poängteras och tas med i den utveckling som idag måste ske inom infrastrukturen i bostaden. LÖSNINGEN BoSmart ska bidra till utvecklingen av produkter och koncept inom området hemmanät och telemetri för hemmet, och av tjänster baserade på smartare och konvergerande IKT-lösningar. Projektet vill korsbefrukta branschområden som traditionellt sett inte samarbetar, och idén är att detta ska leda till nya möjligheter för både de inblandade företagen men också för de berörda branscherna. De förväntade resultaten kan delas in i två grupper: kunskapsuppbyggnad och framtagning av demonstratorer. Kunskapsuppbyggnaden handlar mycket om att utväxla erfarenhet mellan olika områden och branscher: telemetri, sensorer, telekom, internet, vården, fastighetstjänster, kontrollsystem. Att identifiera överlämningspunkterna med väldefinierade och öppna gränssnitt mellan de olika områdena blir ett viktigt resultat. 12
PRELIMENÄRA RESULTAT OCH FRAMTIDA UTVECKLING Mer än halvvägs genom projektet finns nu fungerande prototyper för såväl fastighetstjänster som vård & omsorg. Fokus har varit på öppna, skalbara plattformar samt integration med Android. Android har sedan projektet påbörjades seglat upp som en allt mer mogen plattform för visualisering och kontroll av olika typer av tjänster och utrustning. För fastighetstjänster finns en sensor gateway som kan kommunicera med sensorer med olika typer av trådlösa gränssnitt. I dagsläget finns det sensorer för temperatur och CO2-concentration två parametrar som är helt centrala för innemiljön. Vid överskridna tröskelvärden aktiveras en fläkt, och allt kan övervakas och styras över en smartphone eller annan Androidplattform. Detta system kan successivt byggas ut med andra sensorer och kommer att användas för Acreos andra projekt och aktiviteter inom det smarta hemmet. För vård & omsorg finns ett ramverk för en Androidbaserat infrastruktur som potentiellt sett kan användas för vårdtagare, anhöriga, vårdgivare och hemtjänsten. Det som fattas nu är att bättre integrera dessa två områden, att stabilisera plattformerna, samt att anpassa nya typer av sensorer, och dessutom ska utvalda delar av systemplattformen testas i Acreos nationella testbädd. Därutöver krävs ett arbete med förankring hos alla aktörer för telemetri i hemmet, vilket bland annat kräver att nya affärsmodeller ska tas fram. Acceptans hos alla berörda aktörer är kritiskt om systemen ska kunna implementeras i en verklig miljö. The BoSmart eco system 13
Quality of Experience för 3D video Projektledare: Kjell Brunström, Acreo AB Samarbetspartners: Alkit Communications AB, Edwards Science & Technology AB, Intertek Semko AB, Philips Consumer Electronics AB, Sony Ericsson Mobile Communication AB, TCO Development AB Projektets webbplats: www.acreo.se Inom film har trenden med 3D varit både stark och lönsam de senaste åren. Nu har även industrin för underhållning i hemmet samt industrin för mobiltelefoni börjat lansera produkter inom detta område. Området är under stark utveckling och mycket få standarder existerar. Kunskapen om vad som är visuellt bra eller dåligt är fortfarande dålig och det finns risk att ej fullgod visuell kvalitet kan leda till negativa effekter hos användarna t.ex huvudvärk. Projektet kommer att fokusera på de visuella problemen som kan uppstå vid presentation av 3D video. Målet för projektet är att utveckla kvalitetskriterier för 3D video, som är tillämpad på mobil 3D video, 3D TV och 3D videokonferens. Metodiken kommer att vara experimentell snarare än teoretisk. Det kommer att vara av synnerlig vikt att den visuella kvaliteten av presenterad 3D video är hög för att kunna bli kommersiellt accepterad, eftersom dålig kvalitet kan ha större negativ inverkan på 3D video än på 2D. Därför kommer ett antal Quality-of- Experience-experiment med försökspersoner att genomföras för att bättre kunna förstå vilken nivå av visuell kvalitet som behövs. Detta kommer att följas upp av implementationer i Acreos testbädd där det kommer att vara möjligt att demonstrera 3D video tjänster. Två 3D TV experiment har genomförts. Det ena är inriktat på att hitta en koppling mellan kodningsparametrar t.ex. bandbredd och visuell kvalitet. Det andra har tagit med överföringsfel som en ytterligare parameter. I dessa experiment har ett antal korta 3D videosnuttar kodads med H.264/AVC eller H.264/MVC, samt innehållande överföringsfel i det ena experimentet. Försökspersonerna tittar på videosnuttarna en i taget på en skärm med shutter glasögon och ger ett betyg på dess kvalitet på en femgradig skala. 14
Resultat om strategier för 3D video överföring har tagits fram, för att med låg bandbredd kunna överföra video med bra kvalitet och i händelse av fel i överföringen välja en bra metod för att dölja felet. Mätningar av visuella parametrar väsentliga för kvalitetsupplevelsen av 3D TV har genomförts t.ex crosstalk. Resultaten för 3D TV med shutter glasögon visar att dessa mätningar kräver stor noggrannhet vid mätningar av svart. Dessutom har signalen i andra vyn mycket stor påverkan på resultatet. Utveckling av mätmetoder för crosstalk på autostereoskopiska bildskärmar har påbörjats. Acreo driver aktivt standardisering inom videokvalitetsmätning genom att deltaga i Video Quality Experts Group (VQEG). Kjell Brunnström är Co-chair i Joint Effort Group och Independent Lab Group. Arbetet inom projektet följer också arbetsgrupperna för 3D inom VQEG och International Committee for Display Metrology (ICDM). 15
CARENET Projektledare: Björn Pehrson, Bruce Zamaere, KTH/ICT/TSLab Samarbetspartners: SABO, Svenska Bostäder, Uppsalahem, Borderlight, LiTECH, Chambersign och ITV Arena Projektets webbplats: www.carenet-se.se Projektet studerar lösningar för IT-stöd för vård i hemmet i utvalda vårdkedjor, inledningsvis neonatalvård av för tidigt födda barn och palliativ vård inom gastrokirurgi. Forskningsmålet är formgivning av en robust och säker hemrouter som möjliggör anslutning av bostadslägenheter till sjukvårdens privata nät för att stödja vård av patienter i hemmet, i första hand med tre tjänster: 1 Högupplöst videokonferens för kontakt mellan läkare och patient 2 Anslutning av givare för patientövervakning i realtid. 3 Säker access till en personlig hälsoportal och patientjournaler Projektet upprättar också en forskningsinfrastruktur öppen för alla intressenter inom Karolinska Living Lab. Forskningsinfrastrukturen består av ett höghastighetsnät mellan olika enheter inom Karolinska Universitetssjukhuset och KTH och ingår i den planerade innovationsplatsen i Huddinge. Motivationen för projektet är att vårdsektorn har: a b Växande krav med ökande komplexitet som inte kan tillgodoses med befintliga lösningar En snabb tillväxt med åtföljande krav på rationaliseringar lämpliga för innovationsupphandling Syftet från vårdsektorns sida är att öka tryggheten i hemvårdssituationer genom att möjliggöra kontinuerlig övervakning och direktkontakt med medicinska specialister. Syftet på tekniksidan är att demonstrera robusta lösningar med prototyper baserade på öppen källkod och utvalda standardkomponenter som ger hög prestanda med låg energiförbrukning och kostnad. Projektet har vuxit fram ur andra pågående samarbetsprojekt mellan Karolinska, KI, KTH och industriella partners. Geografisk fokus ligger inledningsvis på Stockholm och Uppsala men kan utvidgas till andra regioner. ERFARENHETER OCH RESULTAT Det första året av projektet ägnades åt behovsanalyser, kravspecifikationer och studier av alternativa lösningar. Gemensamma nämnare för vårdens behov på hemvård kartlades och krav formulerades, bland annat på högupplöst videokonferens, övervakning av basparametrar via pulsoximeter och apnéalarm och säker access till patientdata från hemmet. På tekniksidan identifierades krav som går utöver nu tillgängliga lösningar, såsom redundanta kommunikationsvägar, bättre isolering mellan olika nättjänster och obruten funktion vid kraftbortfall. Möjliga lösningar för att 16
uppnå önskad robusthet och säkerhet hos den tekniska utrustningen undersöktes. De tekniska krav som har identifierades har stimulerat diskussioner om hur krav redundans ska tillgodoses kommersiellt och om hur ledningsdragning ska ske i bostadsfastigheter. Det andra året har ägnats åt prototypning av virtualiserade nätverkskomponenter med stöd för redundanta kommunikationslänkar och integrerad energistyrning samt utformning och uppstart av fältprov som kommer att pågå under cirka ett år som förberedelse för produktifiering hos industriintressenterna. Ett antal prototypexemplar har redan tillverkats och exporterats av LiTECH. Marknaden ser ut att expandera snabbt, både hemma och internationellt. Battery pack using ultra-capacitors as cells. The control circuits are still being laboratory tested so the field test is using lead-acid batteries. The advatages compared to conventional lead-acid batteries include almost Prototype Next Generation Residential Gateway providing support for several mutually isolated service providers via virtualization, robustnes against link failures via redundant links and multihoming and to power failures by an integrated power management module accepting several power source technologies and alternative power storage technologies. The ongoing field tests of the residential gateway with the pruposes to test the technical requirements are fulfilled include the three basic Carenet services required by the healthcare partner: 1) high definition video conferencing (HDVC) services using a Client based on open source software and selected off-the shelf hardware components designed in a couple of earlier and ongoing CELTIC- projects, the first one with Vinnova support, 2) Online transmission of patient data from patient sensors, and 3) secure access to personal patient records via a health portal. 17
User and Content Dependent Resource Management in a Multi Provider Environment (UCRM) Projektledare: Per Ödling, Lunds Universitet Samarbetspartners: ACREO, Ericsson AB, Absilion AB, Peerialism AB och Bahnhof AB Projektets webbplats: www.celtic-initiative.org/projects/r2d2networks/ I takt med att fler av våra vardagliga informationstjänster överförts från analog till digital förmedling uppstår nya problem. Det gäller även TV-överföring. Vi har vant oss vid att TV-bilden kan variera i kvalitet men att vi ändå kan följa utsändningen utan problem. Analog överföring har den fördelen att om transmissionskanalen degraderas så sker det gradvis, men när TV-överföringen sker digitalt så har vi antingen perfekt kvalitet eller så har vi sådana problem med bild och ljud att upplevelsen blir onjutbar. Det gäller oavsett om TVutsändningen sker via radiovågor eller om den sker via användarens anslutning till Internet. IPTV levereras av samma leverantör som levererar internettjänsten. IPTV kan därför till viss del prioriteras i förbindelsen till kunden i förhållande till kundens vanliga internettrafik, den så kallade best effort-kanalen. Det är på den delen av anslutningen som är närmast kunden, the last mile, som de flesta problemen finns. En annan TV-tjänst som idag växer sig starkare kallas Internet-TV eller Over the Top (OTT). Olika TV-stationers så kallade play-kanaler och tjänster så som Youtube är exempel på OTT. För denna sorts tjänster är det svårare att säkra kvaliteten. Dels är det två leverantörer inblandade, tjänsteleverantören (content provider) och leverantören av internetaccessen (Internet Service Provider, ISP). Ett annat problem är att OTTtjänster levereras på samma sätt som hemsidesläsning och e-post över best effort-kanalen. ISP:er kan idag inte prioritera den känsligare TV-utsändningen framför mindre känsliga tjänster i den kanalen. Kunden står inför problemet att en tjänst kräver två olika leverantörer. För att kunna erbjuda fler och nya Internet-baserade tjänster krävs att de tillgängliga resurserna i accessnäten utnyttjas bättre och kan kontrolleras och styras. Det krävs också nya metoder för att upptäcka och åtgärda felaktigheter i hela kedjan från tjänsteleverantör till slutkund för att hanteringen ska bli hållbar. Projektet har som mål att utveckla metoder för kontroll av kvalitet på levererad tjänst så att den motsvarar de uppställda kraven (eng. Service Level Agreement, SLA) och som leverantör och slutkunden har specificerat. Slutligt måste systemet kunna upptäcka och åtgärda felaktigheter, speciellt sådana som påverkar slutkundens upplevda tjänstekvalitet (Quality of Experience, QoE), helst innan kunden blivit medveten om eller hunnit reagera på desamma. Den slutliga visionen framgår av figuren. 18
För att kunna utvärdera och testa olika lösningar har ett laboratorium byggts. I detta har vi möjlighet att hantera både IPTV och OTT-tjänster över accessnät. Vi kan störa accessnätet på ett kontrollerat sätt för att utröna dels vilken typ av störning av accessnätet som ger upphov till vilken typ av kvalitetsdegradering hos kunden, dels hur ett självadaptivt system skall reagera i olika situationer. Slutanvändaren är den som har störst nytta av projektets resultat. Ett självadaptivt nätverk som justerar sig till den individuella användarens behov och krav kommer att till fullo kunna utnyttja nätverkets kapacitet. Kunden kommer att gå från att vara köpare av kapacitet och tjänster var för sig till att bli en beställare av en viss tjänst med viss kvalitet. Användaren kommer att direkt och i realtid kunna reagera på och påverka levererad kvalitet. Operatörer kan använda projektets resultat för att uppfylla myndigheters, såsom PTS, krav på minsta levererad kvalitet i stället för som idag maximal. Det kommer att bli praktiskt möjligt att teckna servicekvalitetsavtal (SLA) direkt med tjänsteleverantörer, eftersom kvalitet kommer att kunna mätas och styras per tjänst. Projektet samarbetar mycket intimt med CELTIC-projektet R2D2, Road to media-aware user-dependent selfadaptive Networks. Den slutliga visionen 19
Convergent and SEmantic aware Mobile networks and services (COSEM) Projektledare: Jens Zander, KTH Samarbetspartners: Ericsson och TeliaSonera Projektets webbplats: www.wireless.kth.se/ Att tillhandahålla en förbättrad användarupplevd tjänstekvalitet är av yttersta vikt för att nå framgång med nya tjänster - vilket inte minst visa i exemplet iphone. Installationen av ny infrastruktur med högre datatakter (4G,LTE) löser detta problem bara till en del. Kostnaderna för en fullständig täckning är oöverstigliga, speciellt i glesbygden. Projektet syftar till att visa att nya metoder där man utnyttja omfattande kunskaper om användarnas beteende och preferenser kan uppnå en oöverträffad upplevd kvalitet i system för distribution av mediainnehåll och tjänster. Distributionen kan ske till lägre kostnad och energiåtgång. Projektet förväntas påvisa avsevärda och mätbara förbättringar av upplevd kvalitet (QoE) i system baserade både på nya (LTE) och traditionella infrastrukturer. Projektet har två huvudspår: 1 Utvecklandet av nya metoder för mätning av användarkvalitet QoE 2 Ny semantiska metoder för att utnyttja användarbeteende och preferenser för effektivare utnyttjande av trådlösa system. 20
TESLA Tidskritisk & säker trådlös automationskommunikation Projektledare: Mats Björkman, forskningsprofilen Inbyggda Sensorsystem (ISS) vid Mälardalens högskola (MDH) Samarbetspartners: ABB Corporate Research, VG Power AB, Motion Control AB och DELTA Development Technology AB Projektets webbplats: www.projekt-tesla.se Forskningsprojektet TESLA fokuserar på säker trådlös kommunikation i elektromagnetiskt störda miljöer. Projekt TESLA är ett treårigt projekt som bedrivs vid MDH under åren 2010 till 2012. PROBLEMET Den grundläggande problemställningen för projekt TESLA är hur trådlös kommunikation i elektromagnetiskt störda miljöer kan göras tillräckligt tillförlitlig för att användas i automationskommunikation och liknande tillämpningar med krav på tillförlitlighet och säkerhet, såväl personsäkerhet som informationssäkerhet. Bakom detta ligger önskemål och krav att integrera trådlös kommunikation i den kommunikation som idag används inom automation och i liknande krävande tillämpningar. Trådlösa sensorer kan minska behovet av kabeldragning, minska risken för felfunktion i kabelbunden kommunikation på grund av nötning vid rörliga eller vibrerande sensorer, och även möjliggöra nya typer av sensorer som inte kan användas vid kabelbunden kommunikation. LÖSNINGEN För att möjliggöra trådlös kommunikation i krävande tillämpningar är det nödvändigt att känna till hur kommunikationen beter sig i störda miljöer och vilka garantier som därmed kan ges för kommunikationen. Målet med projekt TESLA är därför att ta fram metoder och verktyg med vilka kommunikationsmiljön kan analyseras och kommunikationens begränsningar sedan ur denna analys kan beräknas på förhand. Fyra typer av störningar har identifierats: Elektriska störningar från elektrisk utrustning, radiostörningar från andra radiokällor, kommunikationsstörningar från konkurrerande källor för trådlös kommunikation, samt egengenererade störningar genom reflektioner av den egna signalen. Fem typmiljöer har identifierats: vattenkraftverk, massaindustri, stålverk, gruva och sjukhus. Arbetet under den första delen av projektet har fokuserat på mätningar i autentiska kommunikationsmiljöer. Våra preliminära resultat från mätningarna visar att för trådlös kommunikation i frekvenser över cirka 1 GHz är elektriska störningar försumbara för alla typmiljöer utom sjukhus, där högfrekvent medicinsk utrustning stör även vid höga frekvenser. 21
Vi arbetar för närvarande med att utifrån insamlade mätdata bygga generiska kanalmodeller med parametersättningar för olika typer av miljöer. TESLA kan uttydas Tillförlitlig & Säker trådlös Automationskommunikation, men projekt TESLA är egentligen uppkallat efter den serbiskamerikanske vetenskapsmannen och uppfinnaren Nicola Tesla. Nicola Tesla var en förgrundsgestalt inom forskningen kring elektromagnetism, och han lade bland mycket annat grunden till växelströmstekniken och den trådlösa radiokommunikationen. Som en hyllning till Nicola Tesla kändes det därför mycket passande att kalla projektet, som ju inriktar sig på trådlös radiokommunikation i elektromagnetiskt störda miljöer, för just TESLA. 22
WiComPI: Trådlös styrning för processindustrin energieffektiv, flexibel och pålitlig Projektledare: Anders Ahlén, Uppsala universitet Samarbetspartners: ABB, KTH Projektets webbplats: www.signal.uu.se/staff/aa/aa.html En övergång från trådbundna till trådlösa system för styrning och övervakning skulle ge processindustrin stora vinster i form av minskade system-, material- och installationskostnader, snabbare driftsättning samt ökad flexibilitet och nya mätmöjligheter. Detta kräver dock snabb systemrespons med stor tillförlitlighet i kommunikationen, i kombination med låg energiförbrukning hos de trådlösa sensornoderna, för att ge god livslängd trots batteridrift. Den stora utmaningen ligger i att uppfylla dessa, till stor del motstridiga, mål under de svårförutsägbara och skiftande radiomiljöer som är vanliga inom processindustrin. Utmaningen att skapa ett tillförlitligt trådlöst system, tillsammans med den stora förbättringspotentialen, utgör en stor del av motivationen inom WiComPI för att utforma de smarta och snabba lösningar som behövs. Den första grundstenen för att nå attraktiva lösningar är ett detaljerat och övergripande kunnande inom trådlös kommunikation. Till skillnad mot problemställningar inom cellulära system, där ofta spektraleffektivitet är i centrum, så är den viktigaste frågeställningen i detta sammanhang att uppnå en tillförlitlig och energieffektiv kommunikation. Den andra grundstenen utgörs av en djup och bred förståelse för reglertillämpningens krav. WiComPI för samman kompetenser inom dessa områden från både akademi och industri, där den senare avser såväl forskare, utvecklare och användare. Arbetet har så här långt inneburit mätningar av radiomiljöer i processindustrin parallellt med teoretiska och datorstödda analyser av metoder för reglering över trådlösa länkar. Mätningarna ger fakta om hur verkligheten ser ut vilket är avgörande för att undvika felaktiga antaganden och kan peka ut de mest effektiva sändningsstrategierna sett ur ett energi- och reglertekniskt perspektiv. Ett exempel är energioptimalt utnyttjande av kommunikationsdiversitet. Ett annat är utnyttjande av effektreglering och kodning. Regleranalyserna ger å sin sida idéer om hur problemen med respons och tillförlitlighet kan lösas på ett innovativt sätt, till exempel genom händelsestyrningen och adaptiv sampling. Nyckeln till framgång ligger i att studera trådlös kommunikation och reglering gemensamt Under den andra fasen av projektet har vi genomfört ytterligare ett antal mätkampanjer och fördjupade studier av kanalegenskaper vid Bolidens flotationsprocess i Garpenberg och Holmens pappersbruk i Iggesund, se figurerna. En slutsats är att radiokanalkvaliteten kan variera avsevärt med avseende på tid, frekvens och polarisation och att 23
införandet av smarta metoder för att utnyttja denna variabilitet kan ge betydande vinster både vad gäller energiförbrukning och fördröjning samt i slutändan också reglerprestanda. Vi har även studerat effekten av att införa kodning (Forward Error Correction) i multi-hopstrukturer och en av slutsatserna är att om adaptiv kodningen införs så finns betydande energi och fördröjningsvinster att hämta. Vidare så har aperiodisk och händelsestyrd implementering av grundläggande regleralgoritmer studerats. Normalt implementeras reglersystem under antagande om periodiska mätningar och beräkningar. Detta antagande kan ofta relativt enkelt uppfyllas i traditionella trådbundna kommunikationssystem. Situationen för trådlösa kommunikationssystem är dock annorlunda då överföringshastighet potentiellt blir ett problem. För att kunna hantera tillräckligt många (hundratals, kanske tusentals) trådlösa sensorer i ett nätverk har man inte råd att kommunicera i onödan. Inom WiComPi har vi nu genomfört omfattande simuleringsstudier och praktiska tester vid Holmens pappersbruk i Iggesund. Både periodiska och händelsestyrda algoritmer har undersökts. Genom att sensorer endast skickar data då en för reglersystemet relevant händelse inträffat kan man dramatiskt reducera behovet av kommunikation, med i princip bibehållna reglerprestanda. WiComPI består av forskare från Uppsala universitet, KTH och ABB. Tillsammans har vi ett gediget kunnande inom trådlös kommunikation, generellt liksom specifikt för energieffektivitet, industristandarder och trådlös reglering. Holmens pappersbruk i Iggesund Mätuppställning vid Holmens pappersbruk i Iggesund Bolidens flotationsprocess i Garpenberg 24
SCTP SmartSwitch - Intelligent sessionshantering över flera vägar i SCTP Projektledare: Anna Brunström, Karlstads Universitet Samarbetspartners: Samarbetspartners: KTH, Ericsson AB, Stiftelsen Compare Projektets webbplats: www.kau.se/datavetenskap/forskning/forskningsprojekt/sctp-smartswitch SCTP är det transportprotokoll som 3GPP valt att använda för signalering i delar av sitt nuvarande och framtida mobila nät. Det gör att SCTP spelar en viktig roll i utvecklingen av framtidens trådlösa kommunikationssystem. Dessutom har SCTP under senare år blivit ett attraktivt forskningsobjekt som transportprotokoll i trådlösa accessnät. För att kunna hantera fallerade nätrutter och nätgränssnitt har SCTP stöd för transportsessioner över flera alternativa vägar. Om en väg går ned, så dirigeras trafiken om till en av sessionens alternativa vägar. Syftet med SCTP SmartSwitch-projektet är att utöka mekanismen som styr omdirigeringen av trafiken med intelligent sessionshantering så att den klarar av både kraven på snabba omdirigeringar vid t.ex. mediasignalering eller interaktiva nätspel, och de långa avbrott som kan uppstå under en mobil session på grund av t.ex. täckningsproblem eller suspendering. Ett mobilitetsramverk baserat på SCTP som stödjer mobila applikationer har tagits fram i projektet (se figuren). Baserat på ramverket har en prototyp av ett sessionslager utvecklats. Sessionslagret har stöd för att lokalisera mobila enheter, upprätthåller sömlös kommunikation när alternativa vägar tillkommer eller försvinner till följd av mobilitet, och ger ett effektivt stöd för att suspendera och återstarta en kommunikationssession vid avbrott av godtycklig längd. Sessionslagret ger också möjlighet för en applikation att själv suspendera eller återstarta en kommunikationssession. Utförliga experimentella tester har genomförts för att verifiera sessionslagrets grundläggande funktionalitet. För att hantera snabb omdirigering av trafik undersöks effekterna av uppstarten på den alternativa vägen och hur uppstarten kan effektiviseras. En teoretisk modell har utvecklats som gör det möjligt att analysera i vilka scenarier den nuvarande uppstarten i SCTP kan förväntas påverka den överförda trafiken. Analyser baserat på modellen visar att vid fördröjningar och datamängder representativa för t.ex. videotrafik över 3G-nät så kan uppstarten på den alternativa vägen leda till signifikanta fördröjningar. För små datamängder eller korta fördröjningar uppstår däremot inga större problem. Med utgångspunkt i de scenarier som visat sig relevanta i den teoretiska modelleringen har en experimentell utvärdering av ett antal alternativa uppstartsmekanismer inletts. Avsikten är att projektet ska ge ökade insikter, och generera nya idéer kring intelligent sessionshantering som är direkt användbara i produkter hos projektets industripartners, och som 25
demonstrerar avancerade sessionslösningar för tredjepartsutvecklare och andra små- och medelstora aktörer i den mobila applikationsbranschen. De mest lovande resultaten från projektet kommer att realiseras i en demonstrator. Som en del i arbetet med demonstratorn har det framtagna mobilitetsramverket porterats till Android. Avsikten är att integrera ett urval av de framtagna lösningarna i Android innan projektets slut. Arkitektur för ett mobilitetsramverk baserat på SCTP 26
Improved Packet Data Retransmission Protocols in OFDM Broadband Systems Projektledare: Erik G. Larsson, ISY-Kommunikationssystem, LiU (commsys.isy.liu.se) Samarbetspartners: Ericsson Research, Linköping Projektets syfte är att förbättra de omsändningsmekanismer som används i nätverk för mobilt bredband såsom 3GPP LTE. Dessa mekanismer utgör en av de mest fundamentala funktionerna i hela radionätverket. Väl utformade och implementerade ger de möjlighet till effektiv länkadaption även vid avsaknad av perfekt kanalkännedom på sändarsidan och kan säkerställa att ingen data går förlorad oavsett hur mycket brus och interferens den trådlösa radiokanalen utsätts för. Resultat och idéer från projektet är tillämpbara i OFDMA system såsom 3GPP LTE och därmed också testbara i större systemsimulatorer och demonstratorer inom Ericsson Research i Linköping. ERFARENHETER OCH RESULTAT Hittills har projektet fokuserat på att förbättra felskyddet för kvittensinformationen i omsändningsmekanismer samt att studera hur en eventuell utökning av kvittensinformationen bäst skall användas. Kvittensinformationen utgör den bärande funktionaliteten i ett omsändningsprotokoll och traditionellt sett består den av en ensam databit som skickas via en återmatningslänk till sändaren och indikerar huruvida ett specifikt datapaket mottogs felfritt hos mottagaren eller ej. Att denna databit inte distorderas då den sänds till sändaren via radiokanalen och missuppfattas av densamma är av största vikt för att erhålla god prestanda hos vilket återsändningsprotokoll som helst. Felaktigt tolkad kvittensinformation leder till följdfel i datatransmissionen och triggar slutligen omsändningar i högt liggande protokoll med stora fördröjningar som följd. Den ringa datamängden gör att det blir ganska dyrbart energimässigt när man applicerar traditionella felskyddsmetoder på kvittensinformationen. Inom detta område har projektet publicerat resultat som visar hur man kan förbättra felskyddet för kvittensinformationen som sänds från de mobila terminalerna till basstationen i 3GPP LTE genom användande av så kallad complex field coding. Motivet till att studera system med utökad kvittensinformation utgörs av det faktum att begränsning av kvittensinformation till endast en bit innebär en väldigt hård kvantisering av den information som finns tillgänglig i en modern mottagare. Denna information skulle kunna hjälpa sändaren att designa sitt omsändningspaket på gynnsammaste sätt för att mottagaren efter omsändning faktiskt kan extrahera ett felfritt datapaket. Genom att tillåta lite mer information på återmatningslänken vilket förbrukar lite mer av radiokanalens resurser - kan man få en effektivare omsändningsmekanism som klarar sig med färre omsändningar. Inom projektet har ett substantiellt arbete 27
utförts för att ta fram relevanta simuleringsmodeller för studier och analys av omsändningsprotokoll för mobila bredbandssystem. Flera nya idéer har identifierats och ser lovande ut. Till exempel handlar en av idéerna om hur man inom ett 3GPP LTE system kan minska fördröjningen som omsändningsprotokollet inför, genom att på ett enkelt sätt utöka kvittensinformationen. 28
Microwave Backhauling for IMT Advanced and Beyond (MAGIC) [Mikrovågsbaserad Backhaul för Framtida Cellulära Mobilsystem] Projektledare: Tommy Svensson, Chalmers University of Technology Samarbetspartners: Ericsson AB, Mölndal, Qamcom Technology AB, Göteborg Projektets webbplats: www.chalmers.se/s2/en/research/divisions/communication-systems/researchprojects/magic The MAGIC project is targeting microwave backhauling for upcoming cellular mobile systems evolutions like 3GPP Long Term Evolution (LTE) release 8, as well as for future cellular systems that comply with the capabilities of ITU-R IMT-Advanced with data rate capabilities of 1 Gbit/s per site, and beyond. With backhauling, we refer to the part of a mobile cellular radio access network (RAN) that connects base stations to network controllers and/or directly to the core network (LTE) within a coverage area. Rapidly increasing data volumes in the RANs puts new challenges on microwave backhauling. The future market requirement for microwave backhauling is expected to move towards efficient packet based transport solutions, in particular to carry Gigabit Ethernet traffic. There are two possibilities; enable Gigabit Ethernet microwave radio links in currently defined frequency bands within 5-38 GHz, and design new links for carrier frequencies in the range of 70-80 GHz. The research focus in MAGIC is on enablers for packet based Gbit/s microwave radio links and networks such as signal processing for hardware impairment compensation; digital modulation and coding schemes; efficient topologies for Quality of Service (QoS) aware microwave radio networks; and optimized backhauling solutions with RAN interaction mechanisms for envisioned cooperative base station schemes (Coordinated MultiPoint, CoMP) in the next generation RANs. Thus, the MAGIC project targets in various ways all three key areas defined in this VINNOVA program: faster backhaul through higher backhaul data rates, smarter backhaul through packet enabled and dynamic CoMP aware backhauling, and convergent backhauling through exploration of interaction mechanisms with the cellular RAN. The collaboration in the project is close between the academic and industrial partners, with regular meetings, workshops and exchange of researchers. Several researchers from Chalmers have also been invited speakers at Ericsson Technology Days. Some recent results in the project targeting to improve microwave radio link capacity: 29
Joint Estimation of Channel and Oscillator Phase Noise in MIMO Systems Optimal and Approximate Methods for Detection of Uncoded Data with Carrier Phase Noise Circular-MQAM in the Presence of Phase Noise Finite block length analysis of phase-noise channels Constellation optimization for phase-noise channels Pseudocodewords of Linear Programming Decoding of 3- Dimensional Turbo Codes Line-of-sight MIMO demo at the Mobile World Congress in Barcelona Feb 14-17, 2011 The MAGIC project complements the following VINNOVA projects: GigaHz Centre, CHASE, Mobility management, control and routing technology for IMT- Advanced and beyond, CELTIC WINNER+ (finished). Radio, core and backhaul network boundaries 30
Visual Analytics for Mobile Communication Networks Projektledare: Mikael Jern, Linköpings universitet Samarbetspartners: Ericsson Projektets webbplats: http://ncva.itn.liu.se/voson?l=en BACKGROUND Today s mobile communication networks are continually growing in both node count and complexity. At the same time, the fierce competition demands more cost efficient management solutions of these more complex networks with more and more users. The network operators are requesting simplified management tools based on common standards, better observation and reduced information flooding and less human interactions by introducing more automatic features in the mobile communication networks. TARGET RESEARCH Collaboration between National Center for Visual Analytics (NCVA), Linköping University and the world leading supplier of communications networks Ericsson facilitating innovative geovisual analytics applied to smart network management prototypes and business decision support for mobile communication networks. The objective is to prototype smarter network management applications for mobile communication networks that assist the operators. SOLUTION The input to the system is a voluminous real-time flow of spatial-temporal and multivariate information with an objective to high-light the important problems to the operator, utilizing advanced visualization and data-mining techniques. Thus, the information should be interpreted and transferred to the operator in a suitable way to improve the comprehensibility and reliability. Particularly, it is important that operators are provided with a system that ensures trust in automatic SON features in and can cope with the high complexity of today s networks. The demonstrator is scalable from smaller networks up to networks with several thousands of nodes. Recent feasibility study show positive reactions from operators in face to face meetings. The project focuses on the following geovisual analytics research challenges: Volumes of data, orders of magnitude larger and different levels of abstraction Complex information spaces of very high dimensionality Data quality, uncertainty, incompleteness, fuzziness Spatial and temporal dynamics fundamentally affect the visual approach to geovisual analytics Problem solving / Decision science / Human information discourse Integration with automated analysis, databases, statistics, design, perception 31
Scalability of problem size Evaluation and user acceptability Web based Communication and Publishing The visual network management application ANROSS is developed with our GAV Flash framework and component toolkit and framework and uses innovative data visualization methods that combine paradigms from traditional information and geographical visualization approaches with storytelling, perceptual science, data mining and visual web-based publishing. This project aims at further extend these ideas, evaluate them in combination with current techniques, and incorporate them into the ontology of advanced visual representations. The solution through our GAV Flash framework is based on innovative integration between Geovisual Analytics, information visualization, GIS, Storytelling, Cognitive science and data mining. By utilizing advanced techniques in these areas the requirements can be solved To deploy we use the Geovisual Analytics Visualization (GAV) Flash framework [1] that facilitates development of web-based, dynamically, multiple-linked views demonstrators including the ANROSS application: It allows operators to see how the network evolves over time from different initial configurations; It allows answering various questions about how ANR configures the network; It supplies tools such as filtering, searching tool to find and supervise problem cells and relations; It can also predict cells and relations having potential problems in future ANCROSS ANROSS, is a web-based visual analytics application which visualizes and analyzes self-organizing cellular radio network data to show to network operators how the ANR algorithm works, i.e. how it can self-configure cellular radio networks that are typically mobile phone networks. The network data in this context mainly includes three kinds: cell data, relation data and event data. All of them are time-varying and recorded for each time period which normally is 15 minutes or 1 hour. Cell data include cell position, cell coverage area, cell PCI, cell CGI, number of call drops, and number of out-going/incoming handover successes/failures. Relation data include number of handover successes/failures. Event data include cell added/removed, relation added/ removed, PCI conflict detected/resolved. 32
Koherenta optiska högkapacitetssystem och (100G) nät implementering av dessa COSYNET Projektledare: Gunnar Jacobsen, ACREO Samarbetspartners: Acreo Netlab, KTH/FMI, Syntune AB, Skanova/TeliaSonera och Transmode AB ERFARENHETER OCH RESULTAT/INNOVATION Fokus inom forskning och produktutveckling av optiska transmissionssystem är i nuläget kring effektiv nyttande av den redan installerade fibers bestånd på världsbasis. Detta drivs av kostnadseffektivitet samt av ögats krav till transmissionskapacitet från Internet och videoapplikationer. Projektfokus är kring nättlösningar inom det fysiska nättlagret specifikt optiska transmissionslösningar som möjliggör 100 Gb/s 1000 Gb/s kapacitet på en våglängd. Projektet är uppdelat i 5 arbetsdelar, som visas nedan. Samarbetspartnerna arbetar med: WP1: Implementationsstrategier för koherenta optiske kommunikationssystem. Deltagare alla partnerna. WP2: Laser frekvens brus spektral karakterisering. Deltagare: Syntune, Acreo Netlab och FMI/KTH. WP3: Modellering av laser fas brus och på vilket sätt det påverkar transmissionssystemkvaliteten. Deltagare alla partnerna. WP4: Fiber karakterisering och scenarier för nätverksuppgradering. Deltagare Acreo Netlab, FMI/KTH, Skannova/TeliaSonera. WP5: Koherent demonstration av optiskt transmissionssystem. Deltagare alla partnerna. Projektet är ett mycket framgångsrikt samarbete mellan industri och forskare på Acreo och FMI/KTH och har genererats och vill generera ny kunskap av betydelse för industrins framtida optiska högkapacitetstransmissionsprodukter och nätanvändning av dessa. En DQPSK systemskiss och en frekvensbrussmätning ifrån WP2+3 i projektet visas i figurerna. Typexempel på 100 G DQPSK system implementation 33